EP0678964A1 - Trennelement und Vorrichtung mit Trennelement - Google Patents

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EP0678964A1 EP94810221A EP94810221A EP0678964A1 EP 0678964 A1 EP0678964 A1 EP 0678964A1 EP 94810221 A EP94810221 A EP 94810221A EP 94810221 A EP94810221 A EP 94810221A EP 0678964 A1 EP0678964 A1 EP 0678964A1
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs

Definitions

  • the invention relates to an element for separating two rooms, which are flooded by a common unsteady magnetic field, and a device with a separating element.
  • Such separating elements are known. They exist e.g. made of fiber composite materials with carbon fibers and are used in particular but not exclusively in the form of containment shells in canned motors.
  • the known containment pots have the disadvantage that their construction limits their use in motors with low overall power and frequencies up to 50 Hz in order to keep the eddy current losses in the containment pots within limits.
  • the invention has for its object to improve a separating element, at the high powers and frequencies, the eddy current losses in the separating element are significantly reduced, so that cooling of the separating element is possible.
  • a device with a separating element is characterized by the features of claim 17.
  • the advantage of the device can be seen in the fact that the overall efficiency can be increased.
  • Fig. 1 shows a can for a canned motor, which is shown in half section in Fig. 2.
  • the containment shell is designed as a hollow cylindrical body 1 and has a central section 2 with a thin wall thickness and two end sections 3 with a thicker wall thickness. This design of the end sections results in a higher mechanical strength and a perfect mounting in an engine.
  • the body 1 is formed from mechanically load-bearing layers 4 and electrically insulating layers 5. Each layer comprises a number of bands known as pre-preg.
  • the tapes consist of a matrix of polymer and electrically conductive carbon fibers embedded in the polymer are stored. The tapes are assembled into a layer 4 by known winding techniques, such that the running direction 7 of the fibers is oriented in the same direction.
  • the individual layers 4 are grouped separately by an insulating layer 5 such that the running directions 7 of the layers 4 adjacent to each other cross.
  • the angles of the fiber running direction of adjacent layers are selected taking into account the required mechanical properties, in particular strength, the thermal properties, in particular thermal expansion and heat dissipation, and the electrical properties, in particular conductivity.
  • a protective layer 9 is applied to the lateral surface of the central section 2 and to a section of the lateral surface of the end sections 3 in order to protect the body 1 from damage on the one hand and to secure the body 1 on the other hand.
  • the end sections 3 are provided in the edge area with a support made of ceramic coated steel.
  • the canned motor contains a housing 11, two end plates 12, a stator 13 which is held in the housing by means known per se, a rotor 14 which is mounted in the end plates 12 and those described above Can 1, which is arranged with its central portion between the stator 13 and the rotor 14.
  • disk-shaped holders 15 are provided, which are fastened on the one hand to the housing 11 and, on the other hand, encompass the end sections 3 of the containment shell 1 in the edge region, so that the housing interior is divided into two separate rooms.
  • a shoulder 16 is formed in the housing 11, against which the holder rests and is fastened by a means 17 (not shown in more detail).
  • the edge area is held with a clamping effect reached.
  • a flange-like ring 18, which is fastened to the holder 15, for example, and a wedge connection 19 consisting of two rings is provided.
  • the connection between holder 15 and housing 11 or can 1 is sealed by means of sealing members 20, for example O-rings. This creates two cavities in the canned motor, which are absolutely sealed against gas and liquid.
  • the separating element consists of fiber composite material with several layers 4 and insulating layers 5, which are arranged between the layers.
  • the layers 4 are arranged so that the running direction of the fibers of adjacent layers cross each other at an angle that can be freely selected.
  • the eddy current losses are advantageously reduced by the insulating layer 5.
  • the separating element is used in a canned motor to prevent mass transfer between the stator and rotor. This enables a motor design with excellent characteristics in which a static sealing element separates the stator chamber from the surrounding media in the rotor chamber.

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Abstract

Das Trennelement besteht aus Faserverbundwerkstoff mit mehreren Lagen (4) und Isolierschichten (5), die zwischen den Lagen angeordnet sind. Die Lagen (4) sind so angeordnet, dass die Laufrichtung der Fasern benachbarter Lagen unter einem Winkel einander kreuzen, der frei wählbar ist. Durch die Isolierschicht (5) werden die Wirbelstromverluste in vorteilhafter Weise reduziert. Das Trennelement wird in einem Spaltrohrmotor angewendet, um einen Stoffaustausch zwischen Stator und Rotor zu verhindern, so dass durch unabhängige Kühlung der Wirkungsgrad des Motors verbessert werden kann. Dadurch wird eine Motorkonstruktion mit ausgezeichneten Kenndaten ermöglicht, in dem ein statisches Dichtelement den Statorraum von den Umgebungsmedien im Rotorraum trennt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Elemement zur Trennung von zwei Räumen, die von einem gemeinsamen instationären Magnetfeld durchflutet sind und eine Vorrichtung mit Trennelement.
  • Derartige Trennelemente sind bekannt. Sie bestehen z.B. aus Faserverbundwerkstoffen mit Kohlenstoffasern und werden insbesondere aber nicht ausschliesslich in Form von Spalttöpfen in Spaltrohrmotoren angewendet. Die bekannten Spalttöpfe haben den Nachteil, dass aufgrund ihres Aufbaues eine Anwendung bei Motore mit geringer Gesamtleistung und Frequenzen bis 50 Hz beschränkt ist, um die Wirbelstromverluste in den Spalttöpfen in Grenzen zu halten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trennelement zu verbessern, bei den hohen Leistungen und Frequenzen die Wirbelstromverluste im Trennelement deutlich reduziert werden, so dass eine Kühlung des Trennelementes möglich ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile sind in den guten mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften zu sehen sowie der Abdichtung gegen gasförmige und flüssige Medien.
  • Eine Vorrichtung mit Trennelement ist durch die Merkmale des Anspruches 17 gekennzeichnet.
  • Der Vorteil der Vorrichtung ist darin zu sehen, dass der gesamte Wirkungsgrad erhöht werden kann.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Abschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Trennelementes im Schnitt;
    Fig. 2
    ein Spaltmotor mit einem Spalttopf im Halbschnitt und
    Fig. 3
    eine Ausführungsform einer Halterung des Spalttopfes.
  • Die Fig. 1 zeigt einen Spalttopf für einen Spaltrohrmotor, der im Halbschnitt in Fig. 2 dargestellt ist. Der Spalttopf ist als hohlzylindrischer Körper 1 ausgebildet und hat einen Mittelabschnitt 2 mit dünner Wandstärke und zwei Endabschnitte 3 mit dickerer Wandstärke. Aus dieser Ausbildung der Endabschnitte resultiert eine höhere mechanische Festigkeit und eine einwandfreie Halterung in einem Motor.
  • Der Körper 1 ist aus mechanisch tragenden Lagen 4 und elektrisch isolierenden Schichten 5 gebildet. Jede Lage umfasst eine Anzahl von Bändern sogenannte pre-preg. Die Bänder bestehen aus einer Matrix aus Polymer und elektrisch leitenden Kohlenstoffasern, die in das Polymer eingelagert sind. Die Bänder werden durch bekannte Wickeltechniken zu einer Lage 4 zusammengefügt, derart, dass die Laufrichtung 7 der Fasern gleich gerichtet ist. Die einzelnen Lagen 4 werden getrennt durch eine Isolierschicht 5 so gruppiert, dass sich die Laufrichtungen 7 der Fasern benachbarten Lagen 4 kreuzen. Die Winkel der Faserlaufrichtung von benachbarten Lagen sind unter der Berücksichtigung der erforderlichen mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit, der thermischen Eigenschaften, insbesondere Wärmeausdehnung und Wärmeableitung sowie der elektrischen Eigenschaften, insbesondere Leitfähigkeit ausgewählt.
  • Eine Schutzschicht 9 ist auf der Mantelfläche des Mittelabschnittes 2 und auf einen Abschnitt der Mantelfläche der Endabschnitte 3 aufgebracht, um einerseits den Körper 1 vor Beschädigung zu schützen und andererseits den Körper 1 zu befestigen. Die Endabschnitte 3 sind im Randbereich mit einer Auflage aus mit Keramik beschichtetem Stahl versehen.
  • Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, enthält der Spaltrohrmotor ein Gehäuse 11, zwei Lagerschilde 12, einen Stator 13, der mit an sich bekannten Mitteln im Gehäuse gehalten ist, einen Rotor 14, der in den Lagerschilden 12 gelagert ist und den vorstehend beschriebenen Spalttopf 1, der mit seinem Mittelabschnitt zwischen dem Stator 13 und dem Rotor 14 angeordnet ist. Hierzu sind scheibenförmige Halter 15 vorgesehen, die einerseits am Gehäuse 11 befestigt sind und andererseits die Endabschnitte 3 des Spalttopfes 1 im Randbereich umfassen, so dass der Gehäuseinnenraum in zwei getrennte Räume aufgeteilt ist.
  • Wie Fig. 3 zeigt, ist im Gehäuse 11 eine Schulter 16 ausgebildet, an welcher der Halter anliegt und durch ein nicht näher dargestelltes Mittel 17 befestigt ist. Die Halterung des Randbereiches wird mit einer Klemmwirkung erreicht. Hierzu ist ein flanschartiger Ring 18, der z.B. am Halter 15 befestigt ist und eine Keilverbindung 19 bestehend aus zwei Ringen vorgesehen. Die Verbindung zwischen Halter 15 und Gehäuse 11 bzw. Spaltrohr 1 ist mittels Dichtungsorganen 20, z.B. O-Ringe abgedichtet. Dadurch werden im Spaltrohrmotor zwei Hohlräume gebildet, die gegenüber Gas und Flüssigkeit absolut dicht sind.
  • Das Trennelement besteht aus Faserverbundwerkstoff mit mehreren Lagen 4 und Isolierschichten 5, die zwischen den Lagen angeordnet sind. Die Lagen 4 sind so angeordnet, dass die Laufrichtung der Fasern benachbarter Lagen unter einem Winkel einander kreuzen, der frei wählbar ist. Durch die Isolierschicht 5 werden die Wirbelstromverluste in vorteilhafter Weise reduziert. Das Trennelement wird in einem Spaltrohrmotor angewendet, um einen Stoffaustausch zwischen Stator und Rotor zu verhindern. Dadurch wird eine Motorkonstruktion mit ausgezeichneten Kenndaten ermöglicht, in dem ein statisches Dichtelement den Statorraum von den Umgebungsmedien im Rotorraum trennt.

Claims (19)

  1. Elemement zur Trennung von zwei Räumen, die von einem gemeinsamen instationären Magnetfeld durchflutet sind, gekennzeichnet durch einen Körper (1) enthaltend mindestens zwei Lagen (4) aus einer Matrix mit einer Verstärkung aus Fasern, die gleichgerichtet und elektrisch leitend sind und eine Isolierschicht (5), die zwischen den Lagen angeordnet ist, um die Wirbelstromverluste in einem instationären Magnetfeld zu reduzieren, wobei die Lagen (4) so gruppiert sind, dass die Laufrichtung (7) der Fasern benachbarter Lagen einander kreuzen, um die strukturellen Eigenschaften zu verbessern.
  2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (5) ein unverstärkter Werkstoff ist.
  3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der Lagen (4) und der Isolierschicht (5) aus dem gleichen oder unterschiedlichem Werkstoff besteht.
  4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der Lagen (4) aus Polymer oder Keramik besteht.
  5. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzungswinkel der Laufrichtung (7) frei wählbar ist.
  6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (4) eine unterschiedliche Dicke aufweisen.
  7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) plattenförmig ausgebildet ist.
  8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) ein Hohlkörper mit gleicher oder unterschiedlicher Aussen- und Innenquerschnittsform ist.
  9. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Spalttopf (1) ist, der eine runde Querschnittsform aufweist.
  10. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) eine polygonale Querschnittsform aufweist.
  11. Element nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) mindestens einen Abschnitt mit grösserer Dicke aufweist.
  12. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (5) eine Verstärkung aus Fasern oder Partikeln aufweist, die elektrisch nicht leitend sind.
  13. Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe Glas, Aramid bestehen.
  14. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Metall oder Nichtmetall bestehen.
  15. Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Kohlenstoffasern bestehen.
  16. Element nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzschicht (9) vorgesehen ist, um den Körper (1) gegen mechanische Einwirkung zu schützen und gegen den Stator elektrisch zu isolieren.
  17. Vorrichtung, insbesondere Spaltrohrmotor mit einem Gehäuse, einem Stator, der im Gehäuse befestigt ist, einem Rotor, der in Lagerschilden gelagert ist und mit einem den Rotor umschliessenden Trennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch scheibenförmige Halter (15), die einerseits am Gehäuse (11) befestigt sind und andererseits das Trennelement (1) an den Endabschnitten umfassen, um das Gehäuseinnere in zwei getrennte Räume aufzuteilen.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungsorgane (20) an den Verbindungsstellen zwischen Halter (15) und Trennelement (1) bzw. Gehäuse (11) vorgesehen sind, um jeglichen Stoffaustausch zwischen den Räumen zu verhindern.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (15) aus elastischem Material bestehen.
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